Результат интеллектуальной деятельности: Электрогенерирующее устройство

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано как на электростанциях, так и в автономных электровырабатывающих комплексах.

Известна электрогенерирующая установка, содержащая стационарное цилиндрическое токомагнитнопобуждающее устройство с обмоткой из изолированных проводов, подключенной к электросети, и коаксиально опоясывающее его устройство с токовоспринимающей обмоткой из изолированных проводов, подключенной к потребителю, а также систему токовой циркуляции для самозапитывания (заявка US №60/139294 от 15.06.1999 г.)

Установка работает в автономном режиме, либо выполняет функцию усилителя электрической мощности электросети. Ее недостаток - незначительный прирост мощности. Кроме того, в отсутствии системы охлаждения (обдува), она перегревается, теряет эффективность, работоспособность.

Известно также электрогенерирующее устройство, содержащее систему трансформирования параметров энергосети (напряжения тока, мощности) в сторону увеличения их значений (Патент РФ №2626815, МПК 8 H02J 50/12, H02J 5/00).

Устройство сложно в настройке и эксплуатации, что является его основным недостатком, вызывающим потерю эффективности и работоспособности.

Известно электрогенерирующее устройство, содержащее рабочую камеру с ограждающими стенами и продольной осью симметрии, размещенные вдоль оси цилиндрический токопобуждающий разнополюсной магнитный ротор и коаксиально его опоясывающий статор в виде полого цилиндрического базового каркаса из ферромагнитного материала с закрепленной на нем и подключенной к потребителю токовоспринимающей обмоткой из изолированного провода (Л.М. Пиотковский Электрические машины. Ленинград: энергия, 1972, с. 383-384).

Недостаток устройства - недостаточно большая электрическая мощность, отводимая потребителю.

Известно также электрогенерирующее устройство, содержащее рабочую камеру с ограждающими стенами и продольной осью симметрии, размещенные вдоль оси цилиндрический токопобуждающий разнополюсной магнитный ротор и коаксиально его опоясывающий статор в виде полого цилиндрического базового каркаса из ферромагнитного материала с закрепленной на нем и подключенной к потребителю токовоспринимающей обмоткой из изолированного провода (патент РФ. 2510565, МПК H02K 21/12 от 22.11.2012; опубликован 27.03.14)

Недостаток устройства - также недостаточно большая мощность, отводимая потребителю.

Известно наиболее близкое электрогенерирующее устройство, содержащее рабочую камеру с ограждающими стенами и продольной осью симметрии, размещенные вдоль оси цилиндрический токопобуждающий разнополюсной магнитный ротор и коаксиально его опоясывающий статор в виде полого цилиндрического базового каркаса из ферромагнитного материала с закрепленной на нем и подключенной к потребителю токовоспринимающей обмоткой из изолированного провода (патент РФ №2244372, МПК H02K 19/16; H02K 39/00. Электрогенератор. От 12.09.2003. Опубл. 10.01.2005).

Недостаток этого устройства - незначительный уровень вырабатываемой электрической мощности, а также невысокая степень его надежности.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности, а именно, работоспособности, ресурса и срока службы и электрической мощности электрогенерирующего устройства.

Для решения поставленной технической задачи в электрогенерирующем устройстве, содержащем рабочую камеру с ограждающими стенами и продольной осью симметрии, размещенные вдоль оси цилиндрический токопобуждающий разнополюсной магнитный ротор и коаксиально его опоясывающий статор в виде полого цилиндрического базового каркаса из ферромагнитного материала с закрепленной на нем и подключенной к потребителю токовоспринимающей обмоткой из изолированного провода, согласно изобретению, базовый каркас статора дооснащен не менее одной дополнительной полой цилиндрической надставкой, при этом все надставки размещены коаксиально вокруг него и соединены как с ним, так и между собой продольными ребрами высотой Н_р, м, с образованием индивидуальных кольцевых каналов шириной δ_к=Н_р, м, эти надставки и ребра выполнены также из ферромагнитного материала, надставки имеют собственные закрепленные на них и подключенные к потребителю токовоспринимающие обмотки из изолированного провода, при этом провода закрепленных на базовом каркасе статора и его надставках обмоток образуют внутри индивидуальных кольцевых каналов радиальные пережимы шириной δ_об равной или больше 0,85δ_к, м.

При дооснащении статорного каркаса дополнительными полыми цилиндрическими надставками, коаксиально размещенными вокруг него и соединенными как с ним, так и между собой продольными ребрами высотой Н_р, м, с образованием кольцевых каналов шириной δ_к=Н_р, м, выполнении этих надставок и ребер также из ферромагнитного материала, закреплении на дополнительных цилиндрических надставках собственных токовоспринимающих обмоток из изолированных проводов, подключенных к потребителям, повышается единичная электрическая мощность установки. Ограничение ширины радиальных пережимов, образованных проводами обмоток внутри индивидуальных кольцевых каналов, величиной δ_об≥0,85δ_к повышает надежность предлагаемого устройства, поскольку при δ_об<0,85δ_к происходит скачкообразная потеря работоспособности устройства из-за нагрева с увеличением сопротивления обмоток, потерей силы тока, электрической мощности. Исключение хотя бы одного из отличительных признаков приводит к снижению мощности и надежности устройства, потере работоспособности, в связи с чем они являются существенными.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема компоновки основных узлов и вспомогательных механизмов предлагавмого устройства; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - узел II на фиг. 2.

Электрогенерирующее устройство на фиг. 1, 2, 3,4 содержит рабочую камеру 1 с ограждающими стенками 2 и продольную ось симметрии l, цилиндрический токопобуждающий разнополюсный магнитный ротор 3, коаксиально опоясывающий ротор 3 статор 4 в виде полого цилиндрического ферромагнитного базового каркаса 5 из ферромагнитного материала с закрепленной на нем и подключенной к потребителю токовоспринимающей обмоткой 6, выполненной из изолированного провода 7. На выходе из обмотки 6 токопровод 7 оснащен системами отключения-включения и защиты 8. Существенным отличием устройства на фиг. 1, 2, 3, 4 является оснащение статорного каркаса 5 дополнительными, в частности двумя, полыми цилиндрическими надставками 9, 10, коаксиально размещенными вокруг него и соединенными с ним продольными ребрами 11, 12 с образованием кольцевых каналов 13, 14 шириной соответственно и , где - высота соответствующих ребер 11, 12, м. Надставки 9, 10 и ребра 11, 12 выполнены также из ферромагнитного материала; надставки 9, 10 имеют собственные токовоспринимающие обмотки 15, 16, выполненные из изолированных проводов 17, 18 и подключенные к потребителю теми же то копроводами 17, 18 с системами отключения-включения и защиты 19, 20. Провода 7 и 17 обмоток 6 и 15 образуют внутри межцилиндрического кольцевого канала 13 радиальные пережимы 21 (участки линейного сужения) шириной , м, а провода 17 и 18 обмоток 15 и 16 внутри кольцевого канала 14 образуют радиальные пережимы 22 шириной , м. Данные ограничения необходимы, поскольку со снижением ширины радиальных пережимов и резко скачкообразно происходит потеря работоспособности, надежности устройства, оно перегревается с увеличением сопротивления обмоток 6, 15, 16 потерей в проводах 7, 17, 18 на выходе из электрогенерируещего устройства силы тока и электрической мощности. На фиг. 3, 4 внутри кольцевых каналов 13, 14 выделены пунктирными линиями условно ограничительные полосы 23, 24 шириной и , на которые запрещен вывод проводов 7, 17, 18 обмоток 6, 15, 16.

Работа устройства на фиг. 1, 2, 3,4 включает режимы пусков, электрогенерирования, остановов. Пусковые операции связаны с включением вращательного привода, условно обозначенного на фиг. 1 позицией 25, имеющего ротор 26, подсоединенный к ротору 3 через редуктор 27. В качестве привода 25 могут быть использованы газовая, паровая, гидравлическая турбины, топливный или электрический двигатели. Роторы 3 и 26 помещены в подшипники 28. Ротор 26 привода 25 раскручивается до рабочих оборотов; вращение ротора 26 через подсоеденительный редуктор 27 передается ротору 3. Выполненный из разнополюсного магнитного материала ротор 3 возбуждает электрический ток в обмотке 6 основного базового статорного каркаса 5. Ребра 11, 12 и дополнительные цилиндрические надставки 9,10 из ферромагнитного материала выполняют функцию магнитопровода (аналогично трансформаторным системам), в связи с чем в обмотках 15, 16 также возбуждается электрический ток, который отводится потребителю по токопроводам 7, 17, 18 с выведенными в рабочее и дежурное положение системами защиты, включения - отключения 8, 19, 20. При остановках устройства отключаются системы включения-отключения и защиты 8, 19, 20, прекращает работу привод 25, либо выводится в нейтральной положение редуктор 27.

Величина передаваемых потребителю напряжения и мощности зависят от многих проектных факторов, в том числе геометрических характеристик каркаса 5 и его дополнительных надставок 9,10, способа выполнения и количества витков обмоток 6, 15, 16 из проводов 7, 17, 18, мощности привода 25, характеристик редуктора 27. В предлагаемом устройстве может быть установлено не только две цилиндрические надставки, но и одна, и более двух надставок, его электрическая мощность пропорциональна площади поверхности ферромагнитных цилиндрических элементов статорного каркаса, количеству и материалу проводов 7, 17, 18 обмоток 6, 15, 16, а в других конкретных случаях (в данном техническом решении не заявляются) определяется диаметром, длиной и количеством надставок.

Дооснащение статорного каркаса 5 (фиг. 1, 2, 3, 4) дополнительными полыми цилиндрическими надставками 9,10, коаксиально размещенными вокруг него и соединенными с ним и между собой продольными ребрами 11,12 высотой и , м, с образованием кольцевых каналов 13, 14 шириной и , м, выполнение этих надставок 9, 10 и ребер 11, 12 также из ферромагнитного материала, закрепление на дополнительных цилиндрических надставках 9, 10 собственных токовоспринимающих обмоток 15, 16, из изолированных проводов 17, 18 подключение их к потребителям повышают электрическую мощность электрогенератора. Выдерживание ширины радиальных пережимов 21, 22 между обмотками базового каркаса и ближайшей надставки, также как между обмотками соседних надставок , м, и , м, повышает надежность, а именно работоспособность и срок службы предлагаемого устройства, поскольку при и происходит скачкообразная потеря его работоспособности из-за нагрева с увеличением сопротивления обмоток, потерей силы тока и электрической мощности.

Исключение хотя бы одного из предложенных признаков приводит к снижению мощности и надежности, а именно работоспособности, устройства, в связи, с чем все признаки отличительной части изобретения являются существенными, позволяют достичь решения поставленной технической задачи.

Устройство может быть использовано в проектах новых и реконструкции существующих электростанций, а также в разработках автономных комплексов. При этом допускается разновариантность роторного привода, работающего по паровой, газовой, гидравлической, жидкотопливной или электрической технологиям.